专利名称：一种用于Ka波段行波管的慢波系统及其制作方法
技术领域：
本发明涉及微波电真空领域，尤其是涉及一种用于Ka波段行波管的慢波系统及其制作方法。
背景技术：
现代军事技术的发展日新月异，系统电子装备对毫米波大功率发射器件也提出了越来越高的要求。ka波段30W螺旋线行波管是满足毫米波发射机性能要求的微波功率器件，它具有大功率、高效率、高增益、宽频带和长寿命等特点，作为一种微波功率放大器，广泛应用于雷达、通讯、电子对抗等国防和国民经济领域。因此，研制毫米波Ka波段行波管是研制先进的发射机迫切需要解决的关键问题，也是提高电子装备整体性能的根本；同时，行波管的主要性能参数由其慢波系统所决定，故研制Ka波段慢波系统是非常必要的。慢波系统是行波管中用来减慢电磁波沿管子传播速度的装置，使电子注和高频电磁场的相互作用，把电子束的能量转换为的高频微波能量，使微波管能完成信号放大作用， Ka波段慢波系统决定着Ka波段行波管的输出功率、增益、电子效率等参数。ka波段30W行波管，主要应用到卫星数据传输领域，该行波管需要一种高效率慢波结构，要求在Ka波段低端频率2GHz范围内输出功率30W，增益35dB，电子互作用效率10%，然而现有的慢波系统尚无法满足该要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种用于Ka波段行波管的慢波系统及其制作方法，其目的是满足在Ka波段低端频率2GHz范围内输出功率 30W，增益35dB，电子互作用效率10%的要求。本发明的技术方案是该种用于Ka波段行波管的慢波系统由两段慢波结构组成， 每一段慢波结构均由管壳、螺旋线和夹持杆组成，所述的螺旋线的外围由三根呈120度均匀分布的夹持杆固定，夹持杆的外围是管壳，利用管壳的弹性变形将螺旋线和夹持杆固定在管壳的内部；所述的第一段慢波结构的螺旋线为固定节距，且在夹持杆的尾端涂有吸收器；所述的第二段慢波结构的螺旋线的节距为一次跳变，且跳变前的节距和第一段慢波结构的螺旋线的节距不相同，夹持杆的前端涂有吸收器。所述的管壳的内外径同心度为O. 012mm,内外表面的光洁度均为#。所述的第一段慢波结构的螺旋线的节距为O. 498mm,第二段慢波结构的螺旋线的节距分别是O. 52mm和O. 465mm，其中在该O. 465mm节距之前有三匝的跳变节距。所述的夹持杆上的吸收器的材料为碳，采用热解法将碳蒸镀在夹持杆上。一种制作上述用于Ka波段行波管的慢波系统的方法，所述的制作方法包括I)制造管壳将材料为铜合金蒙乃尔的管材旋压加工成所需的管壳，加工后的管壳的内径为Φ3. Omm,公差为+0. 005mm,管壳的外径为Φ3. 8mm,公差为-O. 008mm,内外径同心度为O. 012mm,内外表面的光洁度均为;管壳的长度有两种，第一段慢波结构中管壳的长度为44mm，第二段慢波结构中管壳的长度为69mm ；2)选取材料为氧化铍99瓷的夹持杆，夹持杆为楔形结构，高度1.0mm，窄处尺寸 O. 2mm,夹持杆内外表面的光洁度均为，且夹持杆的长度有两种，第一段慢波结构中夹持杆为44mm和第二段慢波结构中夹持杆为69mm ；3)制造螺旋线螺旋线的材料为真空冶炼钥，带材，规格为O. 2X0. Imm ;螺旋线采用带材在芯杆上绕制定型后磨削外径加工而成，螺旋线的内径为Φ0. 8mm，公差为 +0. 005mm ;外径为Φ1. 0mm，公差为-O. 005mm ;螺旋线分为两段，第一段慢波结构中的螺旋线的长度为44mm，主节距为O. 498mm，第二段慢波结构中的螺旋线的长度为69mm，主节距为 O. 52mm和O. 465mm，其中节距为O. 465mm的长度是9mm，在该节距之前有三匝的跳变节距；4)制造具有吸收器的夹持杆吸收器的材料为碳，采取热解法将碳蒸镀在夹持杆上；在第一段慢波结构中的夹持杆的末端蒸镀吸收器，长度为12_，阻值为O. 2千欧的长度为4mm ;在第二段慢波结构中的夹持杆的起始端蒸镀一段吸收器，长度为12mm，阻值为O. 2 千欧的长度为4mm ；5)组装第一段慢波结构选取合适尺寸的管壳、已蒸镀的夹持杆和螺旋线，使螺旋线的外径加两倍的夹持杆高度大于管壳的内径O. 005-0. 015mm ；6)将管壳装入冷弹压夹具上，使管壳变形O. 01-0. 015mm，将螺旋线和三根成120 度的已蒸镀的夹持杆装入到夹具上，固定在一起，整体放入到管壳内，松开冷弹压夹具，螺旋线和夹持杆对管壳的过盈量为O. 005-0. 015mm，将螺旋线和夹持杆放在管壳内部，然后采用热压缩夹持方式，管壳的变形量为O. 01-0. 02mm，将螺旋线和夹持杆固定在管壳内；7)按照与步骤5)和步骤6)相同的方法组装第二段慢波结构；8)将组装好的第一段慢波结构和第二段慢波结构焊接在一体，保证真空气密性， 即可完成慢波系统的制作。具有上述结构的该种用于Ka波段行波管的慢波系统及其制作方法具有以下优
占-
^ \\\ ·I.该种用于Ka波段行波管的慢波系统的螺旋线为三段主节距，采用跳变技术，利用热压缩方法将螺旋线和夹持杆固定在管壳内部，组装成慢波系统，该种慢波系统比常规慢波系统能够提高电子效率150%。2.该种用于Ka波段行波管的慢波系统在工作电压为6. 6kY，工作电流为60mA时， 可以使全频带功率大于43W，电子效率最小为11%，增益达到35dB，这种慢波系统制作的行波管可应用到毫米波通信中。
下面结合附图对本发明作进一步说明图I为本发明中慢波系统的截面结构示意图。图2为本发明中螺旋线及节距的示意图。图3为本发明中夹持杆及蒸镀电阻示意图。在图1-3中，I :管壳；2 :螺旋线；3 :夹持杆。
具体实施例方式由图1-3所示结构结合可知，该种用于Ka波段行波管的慢波系统由两段慢波结构组成，每一段慢波结构均由管壳I、螺旋线2和夹持杆3组成，螺旋线2的外围由三根呈120 度均匀分布的夹持杆3固定，夹持杆3的外围是管壳1，利用管壳I的弹性变形将螺旋线2 和夹持杆3固定在管壳I的内部；管壳I的内外径同心度为O. 012mm,内外表面的光洁度均为罗。第一段慢波结构的螺旋线2为固定节距，且在夹持杆3的尾端涂有吸收器；第二段慢波结构的螺旋线2的节距为一次跳变，且跳变前的节距和第一段慢波结构的螺旋线2的节距不相同，第一段慢波结构的螺旋线2的节距为O. 498mm，第二段慢波结构的螺旋线3的节距分别是O. 52mm和O. 465mm，其中在该O. 465mm节距之前有三匝的跳变节距。夹持杆3的前端涂有吸收器，吸收器的材料为碳，采用热解法将碳蒸镀在夹持杆3 上。一种制作上述用于Ka波段行波管的慢波系统的方法包括I)制造管壳I :将材料为铜合金蒙乃尔的管材旋压加工成所需的管壳1，加工后的管壳I的内径为Φ3. Omm,公差为+0. 005mm，管壳I的外径为Φ3. 8mm，公差为-O. 008mm，内
外径同心度为O. 012mm,内外表面的光洁度均为# ;管壳I的长度有两种，第一段慢波结构
中管壳I的长度为44mm，第二段慢波结构中管壳I的长度为69mm ；2)选取材料为氧化铍99瓷的夹持杆3，夹持杆3为楔形结构，高度I. Omm,窄处尺
寸O. 2mm,夹持杆3内外表面的光洁度均为，且夹持杆3的长度有两种，第一段慢波结构中夹持杆3为44mm和弟_■段慢波结构中夹持杆3为69mm ；3)制造螺旋线2 :螺旋线2的材料为真空冶炼钥，带材，规格为O. 2 X O. Imm ;螺旋线2采用带材在芯杆上绕制定型后磨削外径加工而成，螺旋线2的内径为Φ0. 8_，公差为 +0. 005mm ;外径为Φ I. Omm,公差为-O. 005mm ;螺旋线2分为两段，第一段慢波结构中的螺旋线2的长度为44mm，主节距为O. 498mm，第二段慢波结构中的螺旋线2的长度为69mm，主节距为O. 52mm和O. 465mm，其中节距为O. 465mm的长度是9mm，在该节距之前有三匝的跳变节距；4)制造具有吸收器的夹持杆3 :吸收器的材料为碳，采取热解法将碳蒸镀在夹持杆3上；在第一段慢波结构中的夹持杆3的末端蒸镀吸收器，长度为12_，阻值为O. 2千欧的长度为4mm ;在第二段慢波结构中的夹持杆3的起始端蒸镀一段吸收器，长度为12mm，阻值为O. 2千欧的长度为4mm ；5)组装第一段慢波结构选取合适尺寸的管壳I、已蒸镀的夹持杆3和螺旋线2， 使螺旋线2的外径加两倍的夹持杆3高度大于管壳I的内径O. 005-0. 015mm ；6)将管壳I装入冷弹压夹具上，使管壳I变形O. 01-0. 015mm,将螺旋线2和三根成120度的已蒸镀的夹持杆3装入到夹具上，固定在一起，整体放入到管壳I内，松开冷弹压夹具，螺旋线2和夹持杆3对管壳I的过盈量为O. 005-0. 015mm，将螺旋线2和夹持杆3 放在管壳I内部，然后采用热压缩夹持方式，管壳I的变形量为O. 01-0. 02mm,将螺旋线2和夹持杆3固定在管壳内；
7)按照与步骤5)和步骤6)相同的方法组装第二段慢波结构；8)将组装好的第一段慢波结构和第二段慢波结构焊接在一体，保证真空气密性， 即可完成慢波系统的制作。该种用于Ka波段行波管的慢波系统的螺旋线为三段主节距，采用跳变技术，利用热压缩方法将螺旋线和夹持杆固定在管壳内部，组装成慢波系统，该种慢波系统比常规慢波系统能够提高电子效率150%。在工作电压为6. 6kY，工作电流为60mA时，可以使全频带功率大于43W，电子效率最小为11%，增益达到35dB，这种慢波系统制作的行波管可应用到毫米波通信中。
权利要求
1.一种用于Ka波段行波管的慢波系统，其特征在于所述的慢波系统由两段慢波结构组成，每一段慢波结构均由管壳(I)、螺旋线(2)和夹持杆(3)组成，所述的螺旋线(2)的外围由三根120度均匀分布的夹持杆(3)固定，夹持杆(3)的外围是管壳(1)，利用管壳(I) 的弹性变形将螺旋线(2)和夹持杆(3)固定在管壳(I)的内部；所述的第一段慢波结构的螺旋线(2)为固定节距，且在夹持杆(3)的尾端涂有吸收器；所述的第二段慢波结构的螺旋线⑵的节距为一次跳变，且跳变前的节距和第一段慢波结构的螺旋线⑵的节距不相同， 夹持杆(3)的前端涂有吸收器。
2.根据权利要求I所述的一种用于Ka波段行波管的慢波系统，其特征在于所述的管壳⑴的内外径同心度为0. 012mm,内外表面的光洁度均为#。
3.根据权利要求2所述的一种用于Ka波段行波管的慢波系统，其特征在于所述的第一段慢波结构的螺旋线(2)的节距为0. 498mm，第二段慢波结构的螺旋线(2)的节距分别是0.52mm和0. 465mm，其中在该0. 465mm节距之前有三匝的跳变节距。
4.根据权利要求3所述的一种用于Ka波段行波管的慢波系统，其特征在于所述的夹持杆(3)上的吸收器的材料为碳，采用热解法将碳蒸镀在夹持杆(3)上。
5.一种制作权利要求1-4任一项权利要求所述的用于Ka波段行波管的慢波系统的方法，其特征在于所述的制作方法包括，1)制造管壳(I):将材料为铜合金蒙乃尔的管材旋压加工成所需的管壳(1)，加工后的管壳⑴的内径为①3. Omm,公差为+0. 005mm,管壳⑴的外径为①3. 8mm,公差为-0. 008mm,内外径同心度为0. 012mm,内外表面的光洁度均为;管壳(I)的长度有两种，第一段慢波结构中管壳(I)的长度为44mm，第二段慢波结构中管壳(I)的长度为69mm ;2)选取材料为氧化铍99瓷的夹持杆(3)，夹持杆(3)为楔形结构，高度I.0mm，窄处尺寸0.2mm,夹持杆(3)内外表面的光洁度均为，且夹持杆(3)的长度有两种,第一段慢波结构中夹持杆(3)为44mm和第二段慢波结构中夹持杆(3)为69mm ;3)制造螺旋线(2):螺旋线(2)的材料为真空冶炼钥，带材，规格为0.2X0.Imm;螺旋线(2)采用带材在芯杆上绕制定型后磨削外径加工而成，螺旋线(2)的内径为00.8_，公差为+0. 005mm ;外径为O I. Omm,公差为-0. 005mm ;螺旋线(2)分为两段，第一段慢波结构中的螺旋线(2)的长度为44mm，主节距为0.498mm，第二段慢波结构中的螺旋线(2)的长度为69mm，主节距为0. 52mm和0. 465mm，其中节距为0. 465mm的长度是9mm，在该节距之前有三匝的跳变节距；4)制造具有吸收器的夹持杆(3):吸收器的材料为碳，采取热解法将碳蒸镀在夹持杆(3)上；在第一段慢波结构中的夹持杆(3)的末端蒸镀吸收器，长度为12mm，阻值为0.2 千欧的长度为4mm;在第二段慢波结构中的夹持杆(3)的起始端蒸镀一段吸收器，长度为 12mm,阻值为0. 2千欧的长度为4mm ；5)组装第一段慢波结构选取合适尺寸的管壳(I)、已蒸镀的夹持杆(3)和螺旋线(2)，使螺旋线(2)的外径加两倍的夹持杆(3)高度大于管壳(I)的内径0.005-0. 015mm;6)将管壳(I)装入冷弹压夹具上，使管壳(I)变形0.01-0.015mm，将螺旋线(2)和三根成120度的已蒸镀的夹持杆(3)装入到夹具上，固定在一起，整体放入到管壳(I)内，松开冷弹压夹具，螺旋线(2)和夹持杆(3)对管壳(I)的过盈量为0.005-0. 015mm，将螺旋线(2)和夹持杆(3)放在管壳(I)内部，然后采用热压缩夹持方式，管壳(I)的变形量为·0.01-0. 02mm，将螺旋线(2)和夹持杆(3)固定在管壳内；7)按照与步骤5)和步骤6)相同的方法组装第二段慢波结构；8)将组装好的第一段慢波结构和第二段慢波结构焊接在一体，保证真空气密性，即可完成慢波系统的制作。
全文摘要
本发明公开了一种用于Ka波段行波管的慢波系统及其制作方法，慢波系统由两段慢波结构组成，每一段慢波结构均由管壳、螺旋线和夹持杆组成，螺旋线的外围由三根呈120度均匀分布的夹持杆固定，夹持杆的外围是管壳，利用管壳的弹性变形将螺旋线和夹持杆固定在管壳的内部，夹持杆的前端涂有吸收器。具有上述特殊结构的该种用于Ka波段行波管的慢波系统的螺旋线为三段主节距，采用跳变技术，利用热压缩方法将螺旋线和夹持杆固定在管壳内部，组装成慢波系统，该种慢波系统比常规慢波系统能够提高电子效率150％。在工作电压为6.6kY，工作电流为60mA时，可以使全频带功率大于43W，电子效率最小为11％，增益达到35dB。
文档编号H01J23/24GK102592924SQ20121004898
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者吴华夏, 周秋俊, 孙梅林, 张文丙, 王瑞, 王鹏康, 程海, 苏靖, 董晨 申请人:安徽华东光电技术研究所